Метеорит возрастом 4,5 миллиарда лет и квантовая флэшка: над чем работают ученые из УрФУ

В Уральском федеральном университете показали новейшие разработки

В четверг, 8 февраля, ученые всей страны будут отмечать День российской науки. По такому случаю мы заглянули в лаборатории Уральского федерального университета и узнали, над какими хай-тек-разработками сейчас работают уральские исследователи.

КАРМАННЫЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬ ВИРУСА

Прибор размером с два-три спичечных коробка с легкостью умещается в руке. Пока у него нет корпуса. Только плата, провода и датчики. Но однажды такой можно будет купить в любой аптеке, чтобы в домашних условиях проверить, болеешь ли ты вирусом или нет. Это одна из разработок научно-образовательного и инновационного центра химико-фармацевтических технологий УрФУ.

Чтобы узнать, болеете вы вирусом или нет, достаточно взять мазок из горла

— Берете из носоглотки мазок, погружаете в определенный маленький эппендорф с раствором, а дальше этот раствор капает на сенсорную часть, — объясняет руководитель исследовательской группы Алиса Козицына. — Через 3-5 минут у вас будет результат. Загорится красным – вы больны. Зеленым – вы здоровы.

Как объясняют исследователи, устройство не сможет сказать, грипп у вас или Covid-19. Оно просто покажет сам факт наличия вирусного заболевания. Уточнять, что за зараза на вас напала и как ее лечить, надо будет уже у врачей.

Пробу помещают в эппендорф со специальным раствором

— Это российское производство. В основе системы не биологические, а химические рецепторы на основе малых органических молекул, которые созданы нашими коллегами-органиками из лаборатории органического синтеза нашего центра, — уточняет Алиса Козицына. — Мы занимаемся сенсорной частью, чувствительной частью, которая и дает результат.

Система уже работает, но ее надо еще довести до промышленного образца и получить сертификацию в Минздраве. Исследователи надеются, что уже через два года такой прибор можно будет купить в аптеке.

Затем раствор капают на сенсор прибора и он уже вычисляет, больны вы вирусом или нет

МЕТЕОРИТ, ЧТО ВИДЕЛ ЗАРОЖДЕНИЕ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

В соседнем здании, в научно-образовательном центре «Наноматериалы и нанотехнологии», мы спускаемся в помещение на цокольном этаже, где пол покрыт резиной. Она поглощает вибрацию от наших шагов. Тут работает сканирующий электронный микроскоп размером со стиральную машину и вибрации могут ему помешать.

Такая установка необходима для изучения иноземного вещества – кусочков астероидов. Прикладывать глаз в окуляру тут не надо. Микроскоп сам выводит картинку на экран монитора. Прямо сейчас с его помощью исследуют метеорит, которому 4,5 миллиарда лет. Это так называемый углистый хондрит Каинзас, который упал в Татарстане 13 сентября 1937 года. В УрФУ для исследования от него отрезали маленький кусочек. Но и его ученым хватило, чтобы обнаружить удивительное.

Фрагмент древнего метеорита помещен в эпоксид для удобства работы с ним

— Углистый хондрит — это довольно древний тип. Возможно, это одно из самых древних веществ в Солнечной системе из тех, что вы можете потрогать. В ходе работы мы обнаружили интересное включение – в нем высокое содержание кремния, — объясняет младший научный сотрудник лаборатории Extra Terra Consortium УрФУ Григорий Яковлев. — Это довольно необычно. Подобные включения раньше находили в обыкновенных хондритах, в некоторых углистых хондритах, но именно в хондритах того же типа, что и Каинзас, их не находили. Это неожиданно и интересно.

Фрагмент метеорита помещают в специальный микроскоп для изучения

Пока подобное открытие представляет интерес по большей части лишь для исследователей, которые способны оценить его уникальность. Но если пофантазировать, то в будущем благодаря этим знаниям человечество сможет определять, из каких астероидов в космосе и какие полезные ископаемые можно добыть.

— С дальним прицелом мы можем говорить о том, что это будет полезно для поиска конкретных минералов в конкретных астероидах, если все-таки мы вдруг начнем к ним летать и искать что-то полезное, — уточнил ученый.

Изображение метеорита с микроскопа выводится на монитор

ЛАДОНЬ ВМЕСТО КЛЮЧА

В соседнем помещении можно увидеть сцену, словно из научной фантастики. За стеклом в стерильном помещении человек, одетый в футуристичный костюм, работает с неким прибором. Как оказалось, это часть устройства, которое видит рисунок кровеносных сосудов в ладони и по нему определяет личность человека. Этот рисунок у каждого человека индивидуален, как отпечаток пальца. Поэтому его можно использовать как ключ для доступа в определенные помещения – приложил руку к прибору и дверь открылась.

Сканер считывает рисунок из вен под кожей ладони. Он у каждого человека индивидуальный. Человеку, у которого есть допуск в помещение, он откроет дверь

— Вены под кожей ладони в естественном освещении не видны, только в инфракрасном диапазоне. Подделать этот рисунок вен сложно, — объясняет директор научно-образовательного центра «Наноматериалы и нанотехнологии» Илья Вайнштейн.

Войти в помещение, где происходит сборка сканеров вен ладони, просто так нельзя. Нужен допуск. Поэтому на двери в лабораторию как раз и висит один из таких приборов. Если руку приложит человек, у которого нет разрешения на вход, устройство загорится красным. Если нет – зеленым. Дверь откроется.

Сканер ладони разрабатывают в стерильной комнате

— В данном помещении у нас происходит калибровка, проверка оптических компонентов, сборка и фокусировка устройства, — рассказывает научный сотрудник научно-образовательного центра «Наноматериалы и нанотехнологии» УрФУ.

Пока, чтобы устройство работало, ладонь надо прикладывать под определенным углом. Но ученые в будущем планируют добавить ему возможность считывать рисунок вен одинаково хорошо под любым углом.

Ученый калибрует, проверяет оптические компоненты, проводит сборку и фокусировку устройства для сканирования ладони

НОВЫЙ ШАГ В РАЗВИТИИ НЕЙРОСЕТЕЙ

Обычные флешки как носители информации доживают свой век. Через несколько лет они уйдут в прошлое так же, как CD, трехдюймовые дискеты или, например, восковые цилиндры для фонографа. Им на смену придут квантовые носители информации – маленькие устройства вроде флешек.

Они смогут хранить на себе в разы больше данных, чем современные самые вместительные карты памяти. Над их разработкой трудятся по всему миру. В УрФУ, например, делают тот самый материал, на который будет записываться информация.

Вот так выглядит материал, который однажды будет хранить информацию в квантовой флэшке

— Мы исследуем структуры, которые в будущем могут стать заменой традиционной кремниевой флешпамяти, — рассказал младший научный сотрудник научно-образовательного центра «Наноматериалы и нанотехнологии» УрФУ Илья Петренев. — Наша разработка основана на том, что материал изменяет сопротивление в зависимости от подаваемого сигнала и тем самым он может хранить информацию. Допустим, низкое сопротивление в ячейке соответствует единице, а высокое – нулю. И, соответственно, если собрать массив из таких ячеек памяти, можно записывать и кодировать огромный объем информации.

Каждый оранжевый круг в маленьком кусочке материала может хранить информацию — 0 или 1

Ученые по всему миру обещали внедрение такой технологии еще лет пять назад. Но они столкнулись с рядом фундаментальных проблем из-за разных квантовых эффектов. Новый горизонт планирования – 10-15 лет. Тогда подобная технология уже, наверное, точно будет в каждом телефоне и компьютере.

— Также эту технологию можно использовать в искусственных нейронных сетях в качестве синапсов, что позволит разрабатывать их не только программно, как сейчас это делается, но еще и на чипе сразу, — говорит Илья Петренев.